一種超高細分步進電機驅動器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種細分倍數可達1.7×1010倍的超高細分步進電機驅動器，特征是：在信號處理器內部集成有高精度時鐘、串行通訊接口、計數器和高精度脈寬調制器；利用高精度脈寬調制器波形去控制兩相混合式步進電機的相電流，實現齒距角的高分辨率細分；在信號處理器內部還固化有齒距角細分補償函數模塊，由該模塊根據步進電機需要轉動的角位置計算兩相電流值，從而得到對應兩路高精度脈寬調制器的占空比。同現有技術相比的優越性在于：通過串口可靈活設定細分數，最大可設定至17179869184倍細分，細分數可連續變化，驅動方式靈活，可以是硬件電平驅動，也可以采用軟件通訊方法直接設定步數；軟件驅動時，驅動方向和驅動速度可設定，變速靈活。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于旋轉步進電動機的步距控制
，涉及一種細分倍數可達I.7X 101°倍的超高細分步進電機驅動器
技術介紹
步進電機能將數字脈沖信號轉變為相應的角位移，脈沖量與步進電機轉過的角度、脈沖頻率與步進電機的轉速均保持嚴格的同步關系，因而被廣泛應用于數控機床、自動生廣線、自動化儀表等方面。在本專利技術以如的現有技術中，為了提聞步進電機的步進分辨率、克服步進電機在低速運轉時的振動和噪聲，在使用步進電機時，都要在驅動器上采用細分驅動技術。所謂細分驅動，是將步進電機固有步距角細分成若干小步的驅動方法，是通過驅動器精確控制步進電機的相電流來實現的。目前的步進電機細分驅動器細分倍數都是固定的或通過撥鍵開關來設定，或通過滑動電阻經A/D采樣設定，細分數不高或改變細分數的方式不靈活，不能連續“平滑”變化，細分后的步距角均勻性也不好；方向、復位及驅動控制是通過發脈沖的方式進行，控制方式不夠靈活；硬件上也需要環形分配器及電流反饋控制等額外功能設計，導致電路復雜，制造麻煩，成本加大。
技術實現思路
針對上述現有技術狀況，本技術的目的在于，提供一種可對步進電機的步距角進行靈活補償且使步距角更加均勻、控制和驅動方式更加靈活、可通過串口發指令或按傳統脈沖方式進行驅動的、可做到細分數連續變化無限細分無級調速的細分倍數可達 17179869184倍的超高細分步進電機驅動器?，F將本技術的技術解決方案敘述如下本技術步進電機細分驅動器，包括信號處理器I、電平轉換電路2、集成驅動電路3，其特征在于在信號處理器I內部集成有高精度時鐘12、串行通訊接口 5、計數器6 和高精度脈寬調制器8 ;所述的信號處理器I為內部固化有齒距角細分補償函數模塊7的信號處理器，接收來自外部的驅動信號9、方向信號10、復位信號11和電平轉換電路2的電平信號；所述的電平轉換電路2接信號處理器I ;所述的串行通訊接口 5與計數器6、高精度脈寬調制器8連接；所述的計數器6與高精度脈寬調制器8連接；所述的齒距角細分補償函數模塊7與高精度脈寬調制器8連接；所述的集成驅動電路3接收來自信號處理器I輸出的電流方向的控制信號04、Db和電流信號IA、IB，(見圖I)。本技術進一步提供一種超高細分步進電機驅動器，其特征在于由高精度脈寬調制器8的周期寄存器的值決定輸出的高精度脈寬調制器8波形的分辨率。本技術進一步提供一種超高細分步進電機驅動器，其特征在于由齒距角細分補償函數模塊7根據步進電機需要轉動的角位置計算兩相電流值和兩相電流值的正負， 直接向驅動電路給出輸出電流方向的控制信號Da、Db。本技術進一步提供一種超高細分步進電機驅動器，其特征在于由高精度脈寬調制器8模塊中的比較寄存器與周期寄存器的比值決定輸出高精度脈寬調制器8的輸出電流Ia、Ib的大小。本技術同現有技術相比的優越性在于1、通過串口可靈活設定細分數，最大可設定至17179869184倍細分，從工業控制角度上講，幾乎已達到“無限”細分，細分數從4 倍至最大細分數可連續變化。2、驅動方式靈活，可以是硬件電平驅動，也可以采用軟件通訊方法，直接設定步數；既可以兩種方式同時驅動，也可以單獨驅動。3、軟件驅動時，驅動方向和驅動速度可設定,變速靈活。附圖說明圖I :本技術超聞細分步進電機驅動器電路原理圖圖2 :實際位置與理想位置誤差圖3:步距角變化其中1信號處理器2電平轉換3集成驅動電路4步進電機5串行通訊接口 6計數器7細分補償函數模塊8高精度脈寬調制器9驅動信號10方向信號11復位信號12高精度時鐘13定時中斷信號具體實施方式現結合附圖將本技術的實施方式做進一步說明參見圖I :將本技術超高細分步進電機驅動器分別與標準RS232C串口、外部 TTL電平驅動控制器、+12V直流穩壓電流及兩相混合式步進電機4相連。在本技術的信號處理器I內部集成有高精度時鐘12、串行通訊接口 5、計數器6和高精度脈寬調制器 8 (Highaccuracy Pulse Width Modulate簡稱HPWM);利用高精度脈寬調制器8波形去控制兩相混合式步進電機的相電流，實現齒距角的高分辨率細分組成框圖如圖I所示；系統工作時，選擇120M的系統時鐘作為高精度脈寬調制器8內部計數器的時基，高精度脈寬調制器8的周期寄存器TOHPWM的值決定了輸出的高精度脈寬調制器8波形的分辨率；在信號處理器I內部還固化有齒距角細分補償函數模塊7，由該模塊根據步進電機需要轉動的角位置計算兩相電流值，從而得到對應兩路高精度脈寬調制器8的占空比，所述的占空比即輸出電流IA、IB的大小。通過實時改變CRHPWM的值，并根據兩相電流值計算結果的正負，直接向驅動電路給出輸出電流方向的控制信號Da、Db。由于高精度脈寬調制器8的占空比的精度可以控制到32位，電流的細分精度也能達到32位，所以根據微步距角0與齒距角￥的關系式0 = V/4X 232，經齒距角細分補償函數模塊7計算補償后的微步距角的分辨率就可達到齒距角的1/234。系統初始化時，設置驅動器的驅動方式為軟硬件同時驅動，其中硬件驅動時，是對外部輸入的“驅動”脈沖通過計數器進行計數，由“方向”控制輸入電平決定計數器是“增計數”或是“減計數”，根據計數器的計數值，使占空比改變，從而使輸出電流IA、IB的大小得到改變。用串口通訊可“使能”或“禁止”計數器來決定驅動方式。串口指令驅動時，可通過串口通訊直接修改高精度脈寬調制器8相關控制寄存器的值來實現細分驅動。系統通電，初始化程序設置驅動器的驅動方式為串口驅動和外部TTL電平均可驅動。由細分補償函數模塊7設置細分數，通過串行通訊接口 5發指令，如果不設置，缺省為6480倍細分，細分數設置后，系統掉電不丟失，下次系統上電后，缺省為前次設定的細分數。 保持“復位”控制端低電平，當外部“驅動”脈沖出現電平下降沿時，電機轉過一個微步距角， 轉動的方向由“方向”控制端電平決定，高電平時順時針轉動，低電平時逆時針轉動。當“復位”控制端變為高電平時，計數器6清零，電機復位。如果不想讓外部TTL電平驅動，則通過串行通訊接口 5發指令，禁止計數器6工作，計數器6處于低功耗狀態，外部“驅動”脈沖出現電平下降沿時不再響應，外部TTL電平不能驅動電機旋轉。用串行通訊接口 5發指令驅動時，可連續驅動或固定微步驅動。連續驅動時，首先通過串行通訊接口 5發指令，設置電機4轉動方向、電機轉速，如果不設置，缺省為電機順時針方向旋轉，電機轉速36° /s，然后發啟動電機指令，電機旋轉直至通過串口 5接收到停轉指令。固定微步驅動時，也是首先通過串口 5發指令，設置電機轉動方向、電機轉速，然后再發電機應轉動的微步數，驅動器控制電機轉過相應的微步后，電機自動停轉，不需要干預。 連續驅動和固定微步驅動這兩種串口指令驅動方式中，可單獨采用其中的一種方式，也可交叉進行，從而使對電機的控制更加靈活為了檢驗設計效果，需要對步進電機細分控制系統的步距角進行測試。步距角測試系統由測試工裝、0. 5秒級的高精度自準直儀、細分多齒分度臺和帶串口通訊功能的計算機等組成。0. 5秒級的高精度自準直儀帶有數顯功能及通過串口將顯示角度進行遠距離傳輸功能，在±300"的敏區范圍內，方位測角精度達到本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃先祥，譚立龍，張志利，郭曉松，仲啟媛，
申請(專利權)人：中國人民解放軍第二炮兵工程學院，
類型：實用新型
國別省市：